ESTRAZIONE DI SEGNALI CARDIACI DALLE PRESSIONI REGISTRATE SU UNA MACCHINA PER EMODIALISI

Introduzione

Uno degli incidenti più pericolosi durante una sessione di dialisi è il distacco accidentale dell’ago venoso (VND: Venous Needle Dislodgement), che non viene rilevato dalle macchine da dialisi attualmente in commercio (H-D.Polaschegg, (2010) [1]B. Axley et al. 2012 [2]). La frequenza di questo evento è stimata di 1 ogni 20000 dialisi (specialmente notturne e domiciliari), e il VND è la causa di centinaia di morti all’anno (ref: “Catastrophic Hemorrhage from Venous Needle Dislodgement during Hemodialysis: Continued Risk of Avoidable Death and Progress toward a Solution”. S. Sandroni, T. Sherockman & K. Hayes-Leight, ASN Renal Week 2008 abstract). Il metodo di rilevazione corrente si basa sulla variazione della pressione venosa in caso di distacco (ref: IEC 60601-2-16:1998, 2nd ed), ma l’efficacia e l’affidabilità sono basse. In questo studio è stata analizzata la possibilità di estrazione del segnale cardiaco del paziente dai dati registrati dai trasduttori di pressione di macchine Artis® durante sessioni cliniche di dialisi. Lo scopo finale è di sviluppare un sistema di monitoraggio dell’ago venoso (Venous Needle Monitoring, VNM), in grado di riconoscere il distacco dell’ago in tempo reale con alta specificità e sensitività. Un allarme VND sarà lanciato quando il segnale cardiaco venoso del paziente non viene più rilevato, essendo la connessione paziente/macchina interrotta.

Metodi

Uno studio multicentrico, finalizzato alla raccolta di dati di pressione registrati nel corso di sessioni cliniche di dialisi e ad una successiva analisi off-line degli stessi dati (definizione ed ottimizzazione di un algoritmo VNM), è stato condotto nei seguenti siti:

  • Clinica Sant’Orsola-Malpighi, Bologna, Italy
  • Malmö University Hospital, Malmö, Sweden.

Le macchine Artis® utilizzate nello studio erano dotate di apposite modifiche hardware e software, per essere in grado di registrare ad alta frequenza e conservare i segnali di pressione. I dati registrati nelle camere arteriosa e venosa di Artis®, composti da variazioni di pressione originate dalla pompa sangue, segnali provenienti dal paziente (come l’onda pressoria cardiaca) e rumore, sono stati analizzati usando algoritmi per l’estrazione di segnali biologici e denoising (ref: Monitoring of physiological signals using a dialysis machine”, K.Solem et al., ESAO 2012). La toolsuite MATLAB è stata usata per l’analisi dei dati selezionati.  

Risultati

I risultati preliminari su una selezione di dati (75 pazienti, trattamenti HD, fistola artero-venosa come accesso vascolare) mostrano che è possibile separare ed estrarre il segnale cardiaco del paziente, se la corrispondente onda pressoria ha un’amplitudine picco-picco >~ 1 mmHg misurato dai sensori della macchina. In Figura 1 è mostrato un esempio di acquisizione ed estrazione dei segnali. L’intensità del cuore varia fortemente da paziente a paziente, ma misure ripetute sullo stesso paziente hanno presentato una buona riproducibilità. In Figura 2 sono mostrate le intensità dei segnali cardiaci nei pazienti analizzati, misurati in camera arteriosa all’inizio del trattamento; sono stati ottenuti sfruttando il breve fermo pompa che si ha al momento della connessione paziente. È frequente una diminuzione dell’intensità picco-picco del segnale cardiaco nel corso del trattamento di dialisi, a causa della rimozione di fluidi dal corpo del paziente. Per cuori molto deboli, il segnale potrebbe essere troppo piccolo per essere separato con  successo sia dalle variazioni di pressione dovute alla pompa (solitamente con un valore di 30-100 mmHg) sia dal rumore di background. L’estrazione del segnale cardiaco può essere resa difficoltosa anche dalla possibilità di sovrapposizione della banda di frequenza di questo con quella della pompa sangue. Altri segnali paziente-correlati, come il respiro, sono spesso presenti nei dati analizzati e possono essere anch’essi estratti e utilizzati per essere in grado di monitorare una più grande percentuale di pazienti.

Conclusioni

Un’analisi off-line di dati clinici ha mostrato che il sistema descritto è un metodo promettente per realizzare un monitoraggio dell’ago venoso affidabile e sicuro, per pazienti che effettuano dialisi con macchine Gambro Artis® system, senza la necessità di utilizzare un device aggiuntivo o esterno. Inoltre, questo sistema potrebbe portare alla possibilità di sviluppare ulteriori funzionalità come stima della frequenza cardiaca, identificazione di un arresto cardiaco, riconoscimento dell’inversione degli aghi, predizione delle ipotensioni, misura continua della pressione in fistola.